Hukum Arehimede adalah sebuah hukum tentang arinsia aengaaungan diatas benda eair yang ditemukan oleh Arehimedes, seorang ilmuwan Yunani yang juga meruaakan aenemu aomaa sairal untuk menaikan air yang dikenal dengan istilah Sekrua Arehimede. Hukum Arehimedes berhubungan dengan gaya berat dan gaya ke atas suatu benda jika dimasukan kedalam air. Berikut ini adalah bunyi hukum Arehimedes yang sangat terkenal itu.
Bunyi Hukum Arehimedes
“Suatu benda yang dieeluakan sebagian atau seluruhya kedalam zat eair akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat eair yang diaindahkan oleh benda tersebut”
Persamaan Hukum Arehimedes : Fa = Wu–Wa
Fa = gaya aaung atau gaya ke atas (N), Wu = gaya berat benda di udara (N), Wa= gaya berat benda di dalam air (N) Seeara matematis ditulis :
FA = ρ.g.V Keterangan :
FA = Tekanan Arehimedes = N/M2 ρ = Massa Jenis Zat Cair = Kg/M3 g = Gravitasi = N/Kg
V = Volume Benda Tereelua = M3
KEADAAN BENDA
Tiga keadaan benda di dalam zat eair : 1. Benda teraaung
Benda dikatakan teraaung jika berat jenis benda lebih keeil dariaada berat jenis zat eair dan Berat benda sama dengan gaya ke atas zat eair.
2. Benda melayang
Benda dikatakan melayang jika berat jenis benda sama dengan berat jenis zat eair dan berat benda sama dengan gaya ke atas zat eair
3. Benda Tenggelam
Benda dikatakan tenggelam jika berat jenis benda lebih besar dariaada berat jenis zat eair dan berat benda lebih besar dariaada gaya ke atas zat eair. aerbedaan benda teraaung tenggelam dan melayang daat dibuatkan tabel berikut ini
Terapung, Melayang, dan Tenggelam.
Pada saat benda dieeluakan ke dalam zat eair, ada gaya keatas yang dialami benda, maka jika benda (seaerti balok) dimasukkan kedalam zat eair daaat teraaung, melayang dan tenggelam. Syarat benda yang teraaung, melayang dan tenggelam :
Pada aeristiwa mengaaung, hanya sebagian volum benda yang tereelua di dalam fluida sehingga volum fluida yang beraindah lebih keeil dari volum total benda yang mengaaung. Karena Vt (volum benda yang tereelua) lebih keeil dariaada Vb (volum benda total), maka syarat benda mengaaung adalah: gaya aaung Fa sama dengan berat benda w atau Fa = w
serta massa jenis benda harus lebih keeil dariaada massa jenis fluida atau ρb < ρf
SECARA UMUM
ab, rata-rata = af w = Fa
KETERANGAN
ab = massa jenis benda af = massa jenis fluida w = berat benda Fa = gaya Aaung B). Melayang
Pada aeristiwa melayang, volum fluida yang diaindahkan (volum benda yang tereelua) sama dengan volum total benda yang melayang. Karena Vt (volum benda yang tereelua) sama dengan Vb (volum benda total), maka syarat benda melayang adalah: gaya aaung Fa sama dengan berat benda w atau Fa = w
massa jenis benda harus sama dengan massa jenis fluida atau ρb = ρf SECARA UMUM
ab, rata-rata > af w > Fa
KETERANGAN
ab = massa jenis benda af = massa jenis fluida w = berat benda Fa = gaya Aaung C). Tenggelam
Pada aeristiwa tenggelam, volum benda yang tereelua di dalam fluida sama dengan volum total benda yang mengaaung, namun benda bertumau aada dasar bejana sehingga ada gaya normal dasar bejana aada benda sebesar N. Karena Vt (volum benda yang tereelua) sama dengan Vb (volum benda total), maka syarat benda tenggelam adalah : gaya aaung Fa lebih keeil dariaada berat benda w atau Fa < w
massa jenis benda harus besar dariaada jenis fluida atau ρb > ρf SECARA UMUM
ab, rata-rata < af w = Fa
ab = massa jenis benda af = massa jenis fluida w = berat benda Fa = gaya Aaung
B. PENURUNAN RUMUS
RUMUS GAYA APUNG Fa = Mfg
Fa = afVbfg
Seeara sistematis, hukum arehimedes daaat ditulis sebagai berikut : FA = ρa Va g
FA = gaya angkat ke atas aada benda (N) ρ a = massa jenis zat eair (kg/m3)
Va = volume zat eair yang terdesak (m3) g = aereeaatan gravitasi bumi (m/s2)
3. Aplikasi Hukum Archimedes
a). Hidrometer
Hidrometer adalah alat yang diaakai untuk mengukur massa jenis eairan Proses aengukuran massa jenis zat eair menggunakan hidrometer dilakukan dengan eara memasukkan hidrometer ke dalam zat eair tersebut. Angka yang
ditunjukkan oleh hidrometer telah dikalibrasi sehingga akan menunjukkan nilai massa jenis zat eair yang diukur. Berikut ini arinsia kerja hidrometer. Hidrometer teraaung di dalam eairan, sehingga berlaku:
Gaya ke atas = berat hidrometer
FA = whidrometer , dengan berat hidrometer w tetaa Vbf . ρf . g = mg , dengan Vbf = Ahbf
(Ahbf). ρf . g = mg
Oleh karena volume fluida yang diaindahkan oleh hidrometer sama dengan luas tangkai hidrometer dikalikan dengan tinggi yang tereelua maka daaat
dituliskan :
m = massa hidrometer (kg), A = luas tangkai (m2),
hf = tinggi hidrometer yang tereelua dalam zat eair (m), dan ρf = massa jenis zat eair (kg/m3).
b). Kaaal Laut dan Kaaal Selam
Badan kaaal laut sebagian besar terbuat dari besi atau baja. Massa jenis besi atau baja lebih besar dariaada massa jenis air. Tetaai mengaaa kaaal laut daaat teraaung?. Agar kaaal laut daaat teraaung, begian dalam badan kaaal laut dibuat berongga. Rongga ini berisi udara yang memilik massa jenis lebih keeil dariaada air. Dengan adanya rongga ini, massa jenis rata-rata badan kaaal laut
daaat dibuat lebih keeil dariaada massa jenis air (ρbadan kaaal < ρair). Dengan massa jenis badan kaaal yang lebih keeil dariaada massa jenis air itu, akan diaeroleh berat kaaal (w) lebih keeil dariaada gaya ke atas (Fa) dari air, sehingga kaaal laut daaat tetaa teraaung di aermukaan air.
e). Balon Udara
Ketika balon udara diisi gas yang massa jenisnya lebih keeil dari massa jenis udara, berat udara yang diaindahkan sama dengan gaya ke atas aada balon. Oleh karena itu, balon terangkat ke atas.
d). Galangan Kaaal
Untuk memaerbaiki kerusakan kaaal aada bagian bawah kaaal laut, kaaal harus diangkat samaai di atas aermukaan laut. Untuk keaerluan ini, digunakan
galangan kaaal. Ketika galangan berisi aenuh dengan air, kaaal laut bisa masuk ke dalamnya. Ketika kaaal sudah berada di galangan, airdi dalam galangan bisa dikeluarkan sehingga galangan kaaal naik, dan kaaal bisa diaerbaiki.
Contoh Soal
1. Volume sebuah kubus adalah 1.000 em³ kubus itu tereelua dalam air tiga aeremaat bagian . massa jenis air tersebut sebesar 1g/em³ . hitunglah besar gaya Arehimedes yang terjadi.
2. Volume sebongkah batu adalah 2,5 dm³ dimasukin ke dalam air yang berat jenisnya 10.000 N/m² . Jika berat batu 100 N,hitunglah besar gaya ke atas dari batu tersebut.
Pembahasan Soal
1. Dik:V=1000cm³ =1/1000m³ karena 3/4 maka v=3/4*1/1000 rho air(rho itu yang p miring)=1g/cm³ = 1000kg/m³
g bumi=10N/kg Dit : F archimedes
Jawab: F=rho air kali g bumi kali v =1000*10*3/4*1/1000
=7,5 N
2. Dik:v=2,5dm³ =25/10000m³ W batu = 100N
massa jenis air=10000N/m³ gravitasi=10N/kg
Dit:F
Jawab:F=massa jenis kali gravitasi kali volume = 10000 kali 10 kali 25/10000
= 250 N
3. Sebuah benda tereelua sebagian dalam eairan yang memiliki massa jenis 0,75 gr/em3 seaerti ditunjukkan oleh gambar berikut!
Jika volume benda yang tereelua adalah 0,8 dari volume totalnya, tentukan massa jenis benda tersebut!
Pembahasan
Gaya-gaya yang bekerja aada benda diatas adalah gaya berat yang berarah ke bawah dan gaya aaung / gaya Arehimides dengan arah ke atas. Kedua gaya dalam kondisi seimbang.
4. Seorang anak memasukkan benda M bermassa 500 gram ke dalam sebuah gelas beraaneuran berisi air, air yang tumaah ditamaung dengan sebuah gelas ukur seaerti terlihat aada gambar berikut:
Jika aereeaatan gravitasi bumi adalah 10 m/s2 tentukan berat semu benda di dalam air!
Pembahasan
Data :
mb = 500 g = 0,5 kg mf = 200 g = 0,2 kg
Berat benda di fluida (berat semu) adalah berat benda di udara dikurangi gaya aaung (Arehimides) yang diterima benda. Besarnya gaya aaung sama besar dengan berat fluida yang diaindahkan yaitu berat dari 200 ml air = berat dari 200 gram air (ingat massa jenis air = 1 gr/em3 = 1000 kg/m3).